論文の概要: Quantum optical synthesis of high-dimensional ultrafast frequency-bin qudits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.14314v1
- Date: Thu, 14 May 2026 03:24:08 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-05-15 21:45:34.600879
- Title: Quantum optical synthesis of high-dimensional ultrafast frequency-bin qudits
- Title（参考訳）: 高次元超高速周波数ビンクォーディットの量子光学合成
- Authors: Prasad Koviri, Tomoya Okita, Rina Yabumoto, Yuta Fujihashi, Masahiro Yabuno, Hirotaka Terai, Shigehito Miki, Kali P. Nayak, Ryosuke Shimizu,
- Abstract要約: ITU規格に適合する複数の離散周波数ビンに連続的なブロードバンド周波数絡み状態を生成し,変換する。
シュミット分解による全量子状態次元を特徴づけ、少なくとも289の周波数結合ヒルベルト空間次元上の下界を観察する。
キャンパススケールの2ノードファイバネットワーク上での伝送実験において,周波数相関による量子非局所性を示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Frequency modes of light are one of the most promising platforms that provide access to high-dimensional quantum states amongst different photonic degrees of freedom capable of high-dimensionality, enabling robust, error-tolerant, and scalable quantum optical information systems. We demonstrate engineering of precisely controlled two-photon high-dimensional states entangled in frequency through time-domain Fourier optical synthesis. We generate and convert a continuous broadband frequency-entangled state into a large range of discrete frequency bins suitable for ITU standards, with spacings ranging from 12.5 GHz to 750 GHz, and observe spectral anticorrelations over 38 frequency bins, including intra-bin pure states at a 100 GHz bin spacing. We characterize the full quantum state dimensionality via Schmidt decomposition and observe lower bounds on the frequency-binned Hilbert-space dimensionalities of at least 289, formed by two entangled qudits with dimension 17. Furthermore, we demonstrate quantum nonlocality via frequency correlations in a transmission experiment over a campus-scale two-node fiber network. This work represents a crucial step towards building a versatile and relatively simple way of generating precisely controlled high-dimensional spectral qudits, with the potential of harnessing in wavelength-multiplexed quantum networks, high-dimensional information processing, and communication of quantum states specifically, and fiber-optic quantum remote sensing.
- Abstract（参考訳）: 光の周波数モードは、高次元の異なる自由度における高次元量子状態へのアクセスを提供する最も有望なプラットフォームの一つであり、堅牢で、エラー耐性があり、スケーラブルな量子光学情報システムを可能にする。
時間領域フーリエ光合成により周波数に絡み合った精度よく制御された2光子高次元状態の工学を実証する。
12.5GHzから750GHzの間隔で、連続広帯域の周波数絡み状態を生成し、ITU規格に適した広範囲の離散周波数ビンに変換し、100GHzの周波数ビン間隔でのビン内純状態を含む38の周波数ビンに対するスペクトル反相関を観測する。
我々はシュミット分解により全量子状態次元を特徴づけ、少なくとも289の周波数結合ヒルベルト空間次元上の下界を17次元の2つの絡み合った四重項で観測する。
さらに、キャンパススケールの2ノードファイバネットワーク上での伝送実験において、周波数相関による量子非局所性を示す。
この研究は、波長多重化量子ネットワーク、高次元情報処理、特に量子状態の通信、および光ファイバー量子リモートセンシングの可能性を生かして、精密に制御された高次元スペクトル量子ビットを生成する、多目的で比較的単純な方法を構築するための重要なステップである。
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